稀土對(duì)小麥品質(zhì)的影響及其誘導(dǎo)蛋白鑒定.pdf

1、經(jīng)過(guò)40多年的研究和發(fā)展，稀土農(nóng)用在技術(shù)和基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域取得了顯著成果，明確了適宜濃度稀土具有提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)以及增強(qiáng)作物對(duì)不良環(huán)境抗逆性的生物學(xué)效應(yīng)，稀土在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用也取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是近年來(lái)由于稀土的相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展緩慢，使得稀土農(nóng)用發(fā)展?jié)u緩。小麥?zhǔn)俏覈?guó)的主要糧食作物之一，產(chǎn)量和品質(zhì)除了受到品種本身的遺傳特性決定外，還受到栽培措施和環(huán)境條件的影響，由于栽培措施不當(dāng)?shù)仍?，一些?yōu)質(zhì)品種所生產(chǎn)商品麥常出現(xiàn)品質(zhì)

2、穩(wěn)定性較差，品質(zhì)性狀之間不協(xié)調(diào)。
　　本文以小麥為材料，采用大田種植和實(shí)驗(yàn)室水培方式，通過(guò)相關(guān)生理指標(biāo)檢測(cè)和小麥籽粒品質(zhì)分析、2-DE以及質(zhì)譜技術(shù)，研究了稀土元素鑭對(duì)不同筋力類(lèi)型小麥品種生理指標(biāo)、產(chǎn)量和品質(zhì)的作用，為改良小麥品質(zhì)提供栽培技術(shù)措施。此外，還研究了不同稀土配合物的生物學(xué)效應(yīng)、小麥對(duì)鑭的耐性機(jī)制，并應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法研究了小麥對(duì)0.5mmol/L和5.0mmol/L鑭濃度響應(yīng)的差異表達(dá)蛋白，發(fā)現(xiàn)了一些與鑭的生物學(xué)效應(yīng)和

3、耐性相關(guān)的蛋白質(zhì)。主要研究結(jié)果如下：
　　1、不同稀土配合物對(duì)小麥生理特性的影響
　　農(nóng)業(yè)應(yīng)用中通常把稀土氧化物轉(zhuǎn)化為離子或配合物形式以利于植物吸收。本研究以Cl-、NO3-、甘氨酸為稀土鑭、釹配體，以稀土濃度為其配合物處理濃度，在苗期進(jìn)行葉面噴施。不同鑭配合物在La3+濃度為0.5mmol/L-1.5mmol/L時(shí)，對(duì)皖麥33和揚(yáng)麥158葉片葉綠素含量均有促進(jìn)作用。不同鑭配合物處理下，同一品種硝酸還原酶活性變化趨勢(shì)基本一致

4、，因此鑭是主效因子。適宜濃度的鑭與Cl-、NO3-配合物能提高小麥SOD酶活性，而POD酶活性呈降低趨勢(shì)。釹配合物各處理植株葉片葉綠素含量呈降低趨勢(shì)，配體NO3-在Nd3+濃度為0.5mmol/L-2.0mmol/L時(shí)兩品種硝酸還原酶活性均增強(qiáng)顯著。釹甘氨酸配合物能增強(qiáng)SOD活性，不同釹配合物都有激活POD的效應(yīng)。
　　2、鑭對(duì)小麥巰基化合物和可溶性蛋白的影響
　　以發(fā)芽率為指標(biāo)，對(duì)小麥種子進(jìn)行鑭脅迫處理、篩選。在200個(gè)栽

5、培品種（系）中，周8425B、偃展4110、豫展9804、安農(nóng)9192和豫麥36等對(duì)鑭耐性較強(qiáng)，皖麥41、豫展1號(hào)、安農(nóng)90202、皖麥46、皖麥19和安農(nóng)8559等對(duì)鑭較敏感。
　　耐鑭品種周8425B和鑭敏感品種皖麥41幼苗用不同鑭溶液處理后，檢測(cè)了葉片和根系的總巰基、蛋白巰基、非蛋白巰基含量，表明耐性品種是通過(guò)根系合成較多的非蛋白巰基絡(luò)合鑭，減少鑭向地上部的運(yùn)輸，而達(dá)到植株對(duì)鑭耐性的提高。而敏感品種根系蛋白巰基受鑭脅迫后含量

6、下降，可能會(huì)有更多量的鑭吸收運(yùn)輸?shù)降厣喜糠?，因此葉片表達(dá)的蛋白巰基增多，高濃度鑭的脅迫作用在根部會(huì)更為突出，表現(xiàn)出對(duì)鑭的耐受程度會(huì)下降。
　　3、鑭對(duì)不同筋型小麥品種生理指標(biāo)的影響
　　大田種植不同筋力類(lèi)型（筋型）小麥，在拔節(jié)期和灌漿期噴施LaCl3。0.5 mmol/L～1.5 mmol/L處理，不同生育期葉綠素含量較對(duì)照均有不同程度提高。皖麥33只在兩次噴施累加后才表現(xiàn)出對(duì)SOD的激活作用，而揚(yáng)麥158和皖麥48在噴施1

7、次后對(duì)SOD就有激活作用，MDA含量相應(yīng)減少，說(shuō)明揚(yáng)麥158和皖麥48對(duì)鑭更為敏感。適宜濃度的鑭對(duì)揚(yáng)花期葉片硝酸還原酶活性有增強(qiáng)效應(yīng)。鑭對(duì)不同筋型小麥硝酸還原酶活性和產(chǎn)量有正效應(yīng)的最適濃度范圍存在差異。
　　4、鑭對(duì)不同筋型小麥品種品質(zhì)的影響
　　收獲大田試驗(yàn)小麥籽粒，進(jìn)行小麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)各指標(biāo)分析，表明噴施0.5 mmol/L-1.5 mmol/L La3+，提高了小麥的產(chǎn)量，改善了專(zhuān)用小麥的品質(zhì)，且面粉中鑭濃度處于

8、安全水平，而且La3+對(duì)不同筋型小麥品種的影響有差異。強(qiáng)筋小麥皖麥33噴施0.5 mmol/L-1.5 mmol/L La3+產(chǎn)量增加，蛋白質(zhì)含量增加，脂肪氧化酶（LOX）和多酚氧化酶（PPO）活性降低，類(lèi)胡蘿卜素含量增加，面粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高，儲(chǔ)藏期延長(zhǎng)；面粉吸收率降低，但仍能滿足高筋粉的要求；水溶性戊聚糖在鑭1.5 mmol/L La3+時(shí)增加，對(duì)品質(zhì)具有一定改善作用。中筋小麥揚(yáng)麥158噴施1.0 mmol/L-1.5 mmol/L L

9、a3+增產(chǎn)顯著，淀粉糊化過(guò)程中，高峰黏度顯著增加，面粉加工品質(zhì)得到改良，LOX和PPO活性有所增加，類(lèi)胡蘿卜素含量減少，面粉較白，商品性好，但安全儲(chǔ)藏期相對(duì)縮短。弱筋小麥皖麥48噴施0.5 mmol/L-1.5 mmol/L La3+增產(chǎn)顯著，濕面筋含量增加，高峰黏度在0.5 mmol/L La3+時(shí)顯著增加，LOX活性顯著降低，PPO活性顯著提升，類(lèi)胡蘿卜素含量1.0 mmol/L La3+時(shí)顯著增加；低濃度鑭處理時(shí)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高，但

10、面粉顏色偏黃。面粉吸水率均顯著降低，面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間呈降低趨勢(shì)，且1.0 mmol/L-1.5 mmol/L La3+處理時(shí)，總戊聚糖含量降低，有利于改善弱筋小麥加工品質(zhì)。
　　5、稀土元素鑭對(duì)小麥蛋白質(zhì)組的影響
　　通過(guò)0.5mmol/L、5.0mmol/L鑭處理小麥，提取葉片鮮樣組織液，采用2-DE獲得差異蛋白點(diǎn)，并用MALDI-TOF-MS進(jìn)行質(zhì)譜鑒定。0.5mmol/L La3+處理后，小麥葉片與對(duì)照比有27個(gè)蛋白點(diǎn)豐度

11、改變達(dá)到1.2倍，其中18個(gè)點(diǎn)上調(diào)表達(dá)，9個(gè)下調(diào)表達(dá)。5.0mmol/L La3+處理后，小麥葉片與對(duì)照比有34個(gè)蛋白點(diǎn)豐度改變達(dá)到1.2倍，其中14個(gè)蛋白點(diǎn)上調(diào)表達(dá)，20個(gè)蛋白點(diǎn)下調(diào)表達(dá)。這些差異表達(dá)蛋白是鑭在適宜濃度刺激作用和高濃度抑制作用的生物學(xué)效應(yīng)的分子基礎(chǔ)。
　　15個(gè)差異蛋白點(diǎn)質(zhì)譜分析匹配成功。在鑭濃度為0.5 mmol/L處理時(shí)，出現(xiàn)了刺激效應(yīng)的葉綠體1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亞基和果糖二磷酸醛縮酶含量的上

12、升，酶活性增強(qiáng)，并出現(xiàn)了脅迫作用的線粒體中抑制素表達(dá)量下降。因此，該濃度對(duì)小麥生長(zhǎng)以刺激效應(yīng)為主，增強(qiáng)了光合作用，加速糖代謝，這有利于籽粒粗蛋白質(zhì)和淀粉積累以及產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的改善。鑭濃度為5.0mmol/L濃度處理時(shí)，出現(xiàn)了與植物逆境抗性有關(guān)的蛋白表達(dá)，過(guò)氧化氫酶表達(dá)量下降，植物已出現(xiàn)了逆境脅迫，葉綠素a-b結(jié)合蛋白、磷酸核酮糖羧化酶、鐵氧還蛋白與植物光合作用有關(guān)酶的表達(dá)強(qiáng)度下降，并伴隨著ATP合成酶和噻唑生物合成酶的表達(dá)強(qiáng)度升高，